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コンデンサ(蓄電器、英capacitor)は、静電容量により電荷(電気エネルギー)を蓄えたり、放出したりする受動素子である。

静電容量の単位はF(ファラド)が使われる。通常使われるコンデンサは数pF - 数万μF程度であるが、電気二重層コンデンサなどでは数十Fオーダーの大容量な物もある。両端の端子に印加できる電圧(耐圧)は、6.3V - 10kV程度までさまざまである。

なお、英語圏でコンデンサ (condenser) と言った場合、もっぱら冷凍機などの凝縮器(熱媒体凝縮用の熱交換器)のことを指す。決して通用しないことはないが、一般には capacitor(キャパシタ)と言い、日本でもこの呼び方が普及しつつある。

◆ 歴史

1745年10月にポメラニアのEwald Georg von Kleistは、記録が残っている限りでは最初にキャパシタを発明した人物である。それはガラス瓶の内側と外側の表面を金属によりコーティングしたものであった。

内側のコーティングは、ふたを通って終端に金属球がついたロッドに接続されていた。

2枚の大きな密接に間隔をあけたプレートの間にガラスの絶縁(誘電体)として薄い層を設けることにより、von Kleistは絶縁体のない状況と比べてエネルギー密度が劇的に増えることを発見した。

1746年1月、Kleistの発見が広く知られる前に、オランダ人の物理学者ピーター・ヴァン・マッシェンブレーケは、類似したコンデンサを独自に発明した。

それはピーター・ヴァン・マッシェンブレーケが所属していたライデン大学にちなんでライデン瓶と名付けられた。

Daniel Gralathは最初に、キャパシタのチャージを増やすため、数個の瓶を並列にした「バッテリー」を接続した。

初期のキャパシタの単位は「jar(瓶)」であり、おおよそ1nF程度である。

初期のキャパシタは「コンデンサ (condenser)」として知られていた、これは今日でも使われている単語である。

普通の孤立したコンダクタより高い電荷密度を有する装置の性能(イタリアのcondensatoreから派生)に関しては、1782年にアレッサンドロ・ボルタによって作られた。

また、前述のとおり、多くの非英語圏では「condensatore」に由来する語を使用している。

◆ 物理におけるコンデンサ

コンデンサは誘電体によって分離された2枚の電極若しくは電極板によって構成される。

◇ 容量

コンデンサの容量(C)は電荷(Q) の蓄積と電極間の電圧(V)で測定される。

:$C\; =$

国際単位系(SI)では容量はファラドを単位とするが、ファラドは通常の用途では過大なので通常はマイクロファラド(?F), ナノファラド (nF), 或いはピコファラド (pF)を用いる。

なお、使用する場合の電力量(W、単位ジュール)は

:$$

W =\cdot C \cdot V^2

となる。つまり、容量1ファラドのコンデンサに10ボルトの電圧がかかっている場合、電力量は50ジュール(ワット秒)となる。したがって、この場合における定格出力50Wの電気製品が1秒間動作することになる。(これは理論値であり、実際には電圧を安定させるための回路などが必要となるため、その分電力量が減ることとなる。)

容量は電極の面積に比例、電極間の距離に反比例する。同様に誘電体の誘電率にも比例する。

平行に配置された電極板のコンデンサの容量は

:$C\; \backslash approx\; \backslash frac;\; A\; \backslash gg\; d^2$http://www.ttc-cmc.net/~fme/captance.html

である。ただしAは1つの電極板の面積、dは電極板間の距離、εは電極板間の誘電体の誘電率を表している。

◆ 用途

◇ アナログ電子回路での用途

直流の電流を通さないことからカップリングコンデンサに利用されたり、デカップリング用のコンデンサに利用される。その他、平滑回路や、共振回路、フィルタなどにも利用される。実際の電子回路では、同じく受動素子の一つである抵抗器やコイルとともに用いられることが多く、前者はR、後者はLと表現されることが多い。要求される周波数帯域、容量や精度、温度に対する容量変化、耐圧など回路の目的、用途、環境、コスト、大きさに合わせて各種の形状、材質の物が幅広く用いられる。低コスト化、小型化の要求の強い民生用小型機器では、チップ積層セラミックコンデンサが幅広く使われている。

◇ デジタル電子回路での用途

バイパスコンデンサ(パスコン)としての用途が圧倒的に多い。他に僅かながら水晶発振器やタイミング回路に使われる。主にチップセラミックコンデンサが使われる。

◇ 電源回路での用途

アルミ電解コンデンサを中心として、セラミックコンデンサやタンタルコンデンサが使われる。

◇ 電力系統での用途

電力系統では力率改善のための進みリアクタンスとして使用される。位相を進める働きがあるため、一般に「進相コンデンサ」という。

◇ 電源そのものとしての用途

近年、後述の電気二重層コンデンサをはじめとした1F以上の大容量のものが開発され、蓄電装置として利用されることが多くなりつつある。たとえばノートパソコンの電源としての利用、ハイブリッドカーや電気自動車の始動用電源など。最近では電気自動車の走行用電源そのものとしても使用可能となってきている。

◆ 構造

構造は単純化すると、誘電体(絶縁体)を介した、2枚の電気伝導体平板であり、これに(直流)電圧を加えると、電荷(電気エネルギー)が蓄えられる。

実際の製品では、以下に挙げられるものがある。

; 単板型

: 二枚の平行平板からなるもの。誘電体の種類を選ばないが、面積を大きく取れないため、大型になる。

; 旋回型(巻き型)

: 二枚の電気伝導体箔と誘電体膜を交互に重ねて巻き込んだもの。旋回構造自体がインダクタの形となるため概して高周波特性は良くない。巻き方や線の引き出し方を工夫して無誘導化したものもある。

; 貫通型

: 電気伝導体の軸の周りに誘電体の管を形成し、その外側にさらに電気伝導体の管を形成して同軸構造としたもの。シールドケースからの線の引出しなど高周波回路で利用される。

; 積層型

: 電気伝導体と誘電体とを交互に重ねたもの。

; 電解型

: 電気伝導体の表面に化学的に酸化皮膜による誘電体層を形成し、電解液に浸したもの。誘電体層が非常に薄くなおかつ比誘電率が大きいため、大容量が得られる。

; 電気二重層型

: 活性炭電極の表面に有機分子を吸着させ、誘電体としたもの。誘電体の厚さを分子長さレベルにまで薄くでき、更に多孔質な活性炭により大面積を確保できるので、極端な大容量が得られる。

◆ コンデンサの用途による分類

◇ 高電圧電力回路用

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